RAP冷再生混合料强度性能的影响因素分析

唐继秀

摘要：文章结合省道$202线K79+000-K103+000路面维修工程实例，针对RAP铣刨料冷再生混合料的原材料和级配，分析该混合料的强度影响因素，主要有乳化剂的类型和掺量、乳化沥青的掺入量和水泥的掺量，并通过空隙率、劈裂强度和60℃动稳定度的指标规律变化，确定出各影响因素的合理掺量范围，为省道$202路面维修工程项目提供了试验依据，也为同类冷再生修补施工工程提供了参考。

关键词：乳化沥青;RAP冷再生;强度性能;影响因素;路面维修

中图分类号：U416.26 文献标识码：A DOI：10.13282/j.cnki.wccst.2019.09.018

文章编号：1673-4874（2019）09-0061-05

0引言

随着交通运输行业的不断发展，我国沥青公路的总里程不断增长。沥青公路路面的使用年限一般为10-20年，根据实际工程经验的研究显示，很多公路在建设使用期5年内就产生了一些严重的路面病害形式，给群众生命和财产安全造成一定威胁。这主要是由于沥青路面的柔性结构耐久性较差，而且通常配合半刚性基层进行路面结构设计，由于基层受温度影响和车辆荷载应力的作用，产生温缩和干缩现象，极易造成基层裂缝或沉陷病害，并因此而引起面层的裂缝等破坏.因此当前很多公路迫切需要进行养护和维修处理，全国97%的沥青公路已经进入了全面养护时期。采用沥青材料的各级公路在养护修补时所需的成本比较高，对于养护修补技术和材料的需求和消耗都比较大。传统大中修工程养护修补施工处置措施主要有加铺罩面和铣刨处置，在取得一定修补成效的同时，可能会产生资源浪费或强度不足等方面的问题。目前的沥青路面冷再生技术逐渐成为研究和工程应用热点，冷再生技术主要优势在于可以最大限度地利用原有路面的碎石集料，同时使得新路面的强度和使用性能达到较好的水平。RAP冷再生技术通过铣刨旧路面层和基层，通过外加剂和沥青来改善碎石再生料的各项性能，在回收废料的同时，降低了能耗，极大提升环保效益。

本文依托广西省道S202线的沥青路面维修工程项目实际经验，主要研究RAP冷再生技术中再生混合料的强度性能指标，分析影响强度性能的影响因素，并探讨相关外加材料的最佳掺入量.希望为S202线沥青路面维修项目和同类型的旧沥青路面改造和修补工程提供相应的参考资料，以提高广西公路建设水平和强化公路资源环保理念。

1工程概况

广西省道$202线沥青路面维修项目工程标段位于云贵高原边缘，该区地形属于山岭重丘地形，主要呈现剥蚀砂页岩山岭地貌。沿线地势高低起伏较大，纵面相对高度较大。项目公路技术等级为二级，设计车速为40km/h。路基宽度为8.5m，路面宽度为7.7m，原路面结构为25cm级配碎石基层+1cm沥青石屑下封层+3cm沥青混凝土面层。随着经济的快速发展，该路交通量逐年上升，受车辆超载和降雨影响，该路部分路段沥青面层出现了不同程度的病害问题.主要病害为沥青路面网裂、龟裂等。根据实地调研，针对病害严重的路段进行冷再生技术维修施工。

2原材料及试验方案

2.1原材料

结合广西$202沥青路面维修工程项目施工段，采取传统RAP铣刨料原材料，RAP原料粒径组成由筛分试验测定如表1所示，RAP基本参数指标如表2所示。集料采用市售石灰岩碎石，粒径范围在5-20mm，矿粉为石灰岩细粉，所用集料原料均符合规范要求.试验采用成品改性乳化沥青，其技术参数如表3所示。水泥型号为PC32.5，各项技术指标如表4所示。

2.2 配合比及试验方案

試验采取的配合比采用《公路沥青路面再生技术规范》（JTG F41-2008）推荐的配合比级配范围，具体的冷再生混合料配比见表5，以此确定的合成级配如图1所示。

按规范要求和设计级配制备标准马歇尔试件，通过相应的马歇尔试验测定冷再生沥青混合料的基本性能参数，并采取劈裂试验和车辙试验分析乳化剂类型和用量以及水泥用量对冷再生沥青混合料的性能指标的影响变化规律。

3 冷再生混合料强度影响因素

3.1马歇尔试验结果

对四种不同乳化沥青掺量下制备的马歇尔试件进行体积指标测定，针对密度、空隙率和稳定度指标进行归纳分析，测定结果如图2所示。

由图2试验数据显示，乳化沥青的掺量为3.5%时冷再生混合料的浸水稳定度最高，3.5%掺量下其他各项体积指标也满足要求。综合考虑$202维修工程实际经验，确定试验用乳化沥青的掺量为3.5%，水量为2.5%，从而使液体含量达到6%。

为了进一步研究在维修施工中采取冷再生技术的效果，需要对冷再生混合料的强度性能进行研究，分析影响其强度的主要影响因素。

3.2乳化剂类型

在上述试验级配下，选取3种不同的乳化剂材料制备试件，对冷再生混合料性能进行对比。按标准试验方法测定各冷再生试件的空隙率和劈裂强度。试验结果如图3、图4所示。

空隙率结果能够在一定程度上体现出乳化沥青在混合料内的作用效果。由图3可以看出，不同的乳化剂对于再生混合料的空隙率有明显的差别：3#乳化剂材料的掺入使得混合料的空隙率大幅增大，这说明3#乳化剂材料与RAP的配伍性不良，不能起到较好的乳化剂效用，这可能由于3#乳化剂材料在掺入RAP再生混合料后的破乳速度不达标，使混合料内的材料不能有效地嵌挤黏合，在相同的压实试验条件下，其空隙率出现过大的情况。根据维修工程项目实际研究方案，也显示3#乳化剂的工程试验结果不良，在实际施工过程中不应采用。从图4可以看出，2#乳化剂再生混合料的劈裂强度最高，混合料的整体强度和稳定性最好。结合空隙率指标的试验结果，认为采用2#乳化剂对混合料的强度性能和压实效果最好。

按标准要求采取3种乳化剂制备冷再生混合料的车辙试件，对不同乳化剂掺入时的60℃动稳定度进行测定。再生混合料车辙板试件首先经2d常温环境保养，再置于60℃保温箱保温后进行试验，试验结果如图5所示。

从图5结果可以看出，1#乳化剂的60℃动稳定度最高，说明掺入该乳化剂的冷再生混合料的高温性能最高，高温抗车辙能力最好;2#乳化剂的抗车辙性能与1#乳化剂差别不大，二者与普通石油沥青混合料相比，高温性能都有较大的提升。3#乳化剂的高温抗车辙能力较差，这与其空隙率和劈裂强度指标得到的结论一致。

总结不同乳化剂对再生混合料各项指标的影响变化规律可以发现，乳化剂种类不同，其在冷再生RAP铣刨料混合料中的配伍性就有差别，这一差别在一定程度上能决定再生混合料的各项强度指标，配伍性差的乳化剂类型，其相应的混合料各项指标都比较差，而配伍性相当的乳化剂类型其各项混合料的强度指标则差别不明显.

3.3乳化沥青掺量

在$202维修项目施工中，针对冷再生混合料研究的一项重要内容为乳化沥青的最佳掺量.本节采用单因素分析方法，即采取的乳化沥青和水含量的总液体含量保持恒定，分别选取3个不同的乳化沥青掺入量，对制备的再生混合料进行相关试验测定，以确定乳化沥青的最佳掺量。乳化沥青掺量分别为3%、3.5%和4%。首先测定混合料马歇尔试件的空隙率，试验结果如图6所示。

由图6的空隙率指标可知，乳化沥青的掺入量越大，冷再生混合料的空隙率指标越大，其相应的混合料理论密度则越小.但在试验掺量的范围内，空隙率指标的差别不大，说明在3%-4%的乳化沥青用量区间内，混合料的空隙率指标或者说压实性能差别较小。

为了验证这一结论，对乳化沥青掺量在2.5%-6%范围内的冷再生混合料试件进行劈裂试验测定，测定结果如图7所示。从图7可以看出，冷再生混合料试件的劈裂强度随着乳化沥青掺量的增大而呈现出先升高后下降的趋势。在乳化沥青掺量达到5%左右后，混合料的强度不增反降;在掺量为2.5%-4%范围内，混合料的劈裂强度随着乳化沥青掺量的提升会显著增加，其增长幅度很大，这与图6的空隙率指标变化规律相对应。在试验掺量范围内，3%-4%的乳化沥青掺量可以使得再生沥青混合料有较好的强度指标性能。

同样地对乳化沥青掺量在2.5%-6%范围内的多种冷再生混合料进行动稳定度试验测定，分析不同的乳化沥青掺量对其高温抗车辙性能的影响，试验结果如图8所示。

通过图8不同乳化沥青掺量时的再生混合料动稳定度的试验结果可以得出，乳化剂掺量由小到大提高，其混合料的60℃动稳定度则先升高而后降低，其动稳定度的最大值在乳化沥青掺量为4%时取得.这说明4%的乳化沥青掺量下，再生混合料的高温抗车辙强度最高。而过高的乳化沥青掺量不能使混合料的高温性能更好，反而使其抗车辙性能降低。这与空隙率和劈裂强度结论一致，过大的乳化沥青掺量会使再生混合料的空隙率变大，混合料的性能反而下降。

总结空隙率、劈裂强度和60℃动稳定度的变化规律可以发现，随着乳化沥青掺量的增长，再生混合料的强度性能先增大后降低，在3.5%-4%掺量范围内，混合料能够取得较好的强度性能。

3.4 水泥用量

根据相关研究和维修工程项目的实际经验发现，RAP再生沥青混合料的强度性能与其中摻入的水泥用量有一定关系。为了研究最佳的水泥用量，为实际工程项目提供试验参考，需要对不同水泥用量下的再生沥青混合料相关试验指标进行测定。在5个水泥掺量水平下，测定混合料试件的空隙率指标，结果如图9所示;在同样的水泥掺量水平下，测定混合料试件的劈裂强度指标，试验结果如图10所示。

由图9可知，在试验掺量范围内，随着水泥掺量的增加，其混合料空隙率指标随之逐步降低，说明水泥掺量越高，再生混合料的空隙率指标越好，其中2%的掺量和3%掺量时的变化不大。从图10可以看出，水泥的掺入量越高，混合料试件的强度越大。这说明在0-4%较小掺量范围内，水泥的掺入对于冷再生混合料的强度有较明显的提升，这与空隙率指标的变化规律一致。

同样地对水泥掺量在0-4%范围内的多种冷再生混合料进行动稳定度试验测定，分析不同的乳化沥青掺量对其高温抗车辙性能的影响。试验结果如图11所示。

从图11可以看出，水泥的掺入对再生混合料的动稳定度提升较为明显，掺量为0时，动稳定度只有1000次/mm左右，而随着掺量的不断升高，动稳定度逐渐达到了7000次/mm.这说明水泥的加入极大地提高了冷再生混合料的高温抗车辙能力，对混合料的强度性能提升很大。

总结水泥的各项指标变化规律可知，水泥掺量对冷再生混合料的强度有较大的影响，水泥掺量越高，混合料的各项强度性能都有明显的提升。值得注意的是，水泥用量过大后，混合料的刚度会大幅提升，柔性变差，将不利于混合料的耐久性能和使用寿命，因此需要合理控制水泥的掺量，不可使水泥掺量过大。

4 结语

本文依托广西省道$202线的沥青路面维修工程项目实际经验，对RAP冷再生技术中再生混合料的各项原材料参数指标和混合料的级配进行分析，通过马歇尔试验和车辙试验等分析影响强度性能的影响因素。通过研究发现，乳化剂的配伍性、乳化沥青掺量和水泥用量对冷再生混合料的高温抗车辙性能和劈裂强度性能以及空隙率指标都有较明显的影响，在一定的最佳掺量范围内，冷再生混合料的强度性能都处于较高水平。